книги из ГПНТБ / Андриенко, П. Д. Защита реверсивных тиристорных преобразователей

выполняются с задержкой, равной 0... Тск (Тск— период сканирования), а управляющие импульсы на неработающую группу могут поступить после сраба­ тывания ключа В1 (или В2) через время, равное 0...

U оп

Рис. 18. К определению последовательности управ­ ляющих импульсов при внутреннем коротком замы­ кании в реверсивном преобразователе с раздель­ ным управлением:

а •— с двумя комплектами фазосдвигающих устройств; б — с одним комплектом фазосдвигающих устройств.

• • • (Гек + - y j, которое определяется дискретностью

работы самого преобразователя, углом регулирования и моментом спадания тока id до нуля. После спадания тока id до нуля следующая группа может включиться

50

влюбой промежуток времени, равный т3 = 0...

+Наиболее неблагоприятный случай при т3 = 0.

Проведем анализ электромагнитных процессов в

преобразователе для угла регулирования а =

Полагаем, что системы согласованы по линейному закону а = р.

Для пояснения процессов обратимся к рис. 18. Предположим, что преобразователь работал в ре­ жиме прерывистого тока. В момент (о/г, совпадающий с моментом включения тиристора 1, произошел про­ бой тиристора 5. Наступает двухфазное короткое за­ мыкание между фазами А и С (см. рис. 17). Если ток нагрузки был прерывистым или начально-непре­ рывным, то в этот момент id = 0. В дальнейшем id —

— 0, так как выпрямленное напряжение резко падает. Датчик тока выдает команду в ЛПУ, разрешающую переключение тиристоров. Логическое переключаю­ щее устройство (полагая, что момент сканирования совпал с моментом равенства id нулю) включает ключ В1 (или В2) и с выдержкой времени (0,5—3 мс) — ключ В2 (В1). Из рис. 18, а видно, что очередной ти­ ристор включится только в момент cot2, когда опорное напряжение фазосдвигающего устройства сравняется с напряжением управления. Следовательно, в момент

включатся тиристоры 5' и 6'. В результате в кон­ туре, включающем тиристоры /, 5, 6' и фазы А, В, С,

при всех значениях а < ^ возникает короткое замыка­

ние, длительность которого определяется временем плавления вставки предохранителя, защищающего ветвь с тиристором 5.

Одновременно с включением тиристоров 5' и 6' (началом трехфазного короткого замыкания) наступает

51

однофазное опрокидывание инвертора по контуру, образованному тиристорами 5, 5' и нагрузкой. В мо­

ка предохранителя тиристора 5 не расплавилась, то тиристор Г не включится. В этом случае в момент времени со/4 включается тиристор 2' и наступает од­ нофазное опрокидывание инвертора по цепи: нагруз­ ка — тиристоры 2' и 5' с постоянной времени Т = = Ld/Rd.

Практически к моменту времени со/3 плавкая вставка предохранителя тиристора 5 расплавляется, в результате чего на фазах А к С восстанавливается напряжение, величина которого определяется ско­ ростью обрыва аварийного тока предохранителем. Если разность напряжения фаз А и С мала, то комму­ тация тока тиристора 5' на тиристор /' не произой­ дет, так как у > р. При включении в момент a>ti тиристора 2' наступает однофазное опрокидывание.

Если разность напряжений фаз А и С достаточна

мени со/4 включается тиристор 2', и в контурах, об­ разованных тиристорами 1, 6', 2', возникает трех­ фазное глухое короткое замыкание. Одновременно с этим по контуру, образованному тиристорами 6', 2', фазами А, В, С и нагрузкой, протекает ток опрокидывания инвертора. Причем ЭДС источника питания практически никакого влияния на величину и форму тока не оказывает, так как потенциалы точек А, В п С равны нулю. Составляющая тока опрокиды­ вания

где

Rs — Rd -f- 1,5У?К,

5?

Вмомент времени (оt6 включается тиристор 3', и наступает однофазное опрокидывание инвертора. Ава­ рийный ток протекает по контуру, образованному тиристорами 6', 3' и нагрузкой. Одновременно в кон­ туре, содержащем тиристоры 6', 2’, 1, сохраняется трехфазное короткое замыкание.

Взависимости от числа параллельных ветвей и номинальных параметров питающего трансформатора

ипредохранителей перегорание предохранителей ти­ ристоров / ' и 6' может наступить значительно раньше времени со/5, в результате чего преобразователь вый­

дет из строя. Кроме того, времени со (t2 — 1Ъ) вполне достаточно для срабатывания защит как по постоян­ ному току, так и по переменному току, что также при­ водит к аварийному отключению преобразователя.

При углах регулирования а > -j- вмомент времени

(о/2 тиристор 6’ не включается, так как потенциал точки В в этот момент выше потенциала точек Л и С,

равного ф л + Ос) /2. В этом случае, если к моменту со/4 плавкая вставка предохранителя перегорает, то аварийный процесс прекращается. Если же предо­ хранитель не отключит аварийный ток, то в момент щ/4 включается тиристор 2'. Возникает короткое за­ мыкание между фазами Л и С.

Практически при таких воздействиях аварийного

нитных процессов при внутреннем коротком замы­ кании в выпрямителе в случае применения одного фазосдвигающего устройства для управления двумя вентильными группами преобразователя. Задержка на включение неработающей группы увеличивается на величину А/ = а2 — о^/со. Это объясняется диск­ ретностью работы фазосдвигающего устройства и

53

тем, что на одном опорном напряжении может сфор­ мироваться только один импульс управления. Мак­ симальная величина задержки при ^ = 0 и о2 = я составляет 10 мс. При такой величине задержки пре­ дохранитель успевает перегореть, и аварийный ре­ жим не наступает. Но при других соотношениях углов регулирования величина задержки уменьшается, что приводит, как было показано выше, к аварий­ ному режиму.

Минимальная величина запаздывания, как из­ вестно, определяется чувствительностью датчика тока и величиной задержки на переключение т3. Запазды­ вание датчика, контролирующего напряжение на запертых тиристорах,

Тзап = 2/ю arcsin Ucp/Umax,

где Ucр — напряжение срабатывания порогового уст­ ройства датчика.

Практически эта величина не превышает 100 мкс. Минимально возможное время задержки т3 min = т3 + ~f~ Т3ап-

Анализ показал, что применение реле направления для управления логическим переключающим устрой­ ством не исключает возникновения аварийного ре­ жима при работе преобразователя на холостом ходу. Вероятность переключения групп при внутреннем коротком замыкании несколько меньше, чем при управлении способом сканирующей логики, а в случае нагруженного выпрямителя вовсе исчезает.

Таким образом, управление реверсивным Преоб­ разователем с применением реле направления пред­ почтительнее управления по методу сканирования для обеспечения устойчивости преобразователя при внут­ реннем коротком замыкании в выпрямителе. Проведен­ ный анализ показал, что для обеспечения устой­ чивой работы реверсивного преобразователя при внут-

54

рением коротком замыкании необходимо применять специальные меры, исключающие ложное переключе­ ние групп.

На рис. 19 изображена осциллограмма электро­ магнитных процессов при внутреннем коротком за­ мыкании в выпрямителе реверсивного преобразова-

Рис. 19. Осциллограмма электромагнитных процес­ сов при внутреннем коротком замыкании в выпря­ мителе реверсивного преобразователя с раздельным

я

управлением при а = — .

3

образователь работал в режиме начально-непрерыв­ ного тока нагрузки. При коротком замыкании ток нагрузки id быстро падает до нуля. ЛПУ получает команду на переключение групп и через время, равное

% — d j — -g-------g- — -g- (пpеобразователь имеет ли­

нейное согласование систем управления), во второй группе тиристоров появляются управляющие импуль­ сы ыИМп2 - Так как в выпрямительной группе имеется включенный тиристор, то возникает короткое замыкание

55

тока idi между тиристорами 1 и 2', и происходит аварийное отключение преобразователя быстро­ действующей сеточной защитой нсетМомент окон­ чания плавления вставки предохранителя определя­ ется по кривой напряжения на дуге предохранителя б^пред-

3. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ПЛАВЛЕНИЯ ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ПРИ ВНУТРЕННЕМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

Как было установлено ранее, время плавления встав­ ки предохранителя определяет характер электромаг­ нитных процессов в реверсивном преобразователе при внутреннем коротком замыкании в выпрямительной группе. Известно, что время плавления вставки пре­ дохранителя определяется тепловым эквивалентом плавления I2tnj, и тепловым эквивалентом аварийного тока, воздействующего на нее.

Величина тока при внутреннем коротком замыка­ нии, вызванном пробоем тиристора 5 в момент окон­ чания коммутации тока нагрузки, определяется из выражения

где R K, хк — активное и индуктивное сопротивления контура короткого замыкания, приведенные ко вто­ ричному напряжению питающего трансформатора; ф — начальная фаза короткого замыкания.

Проведенные ранее исследования [191 показали, что ток нагрузки незначительно влияет на величину тока короткого замыкания.

56

Решение уравнения (60) с учетом начальных ус­ ловий i (0) = 0 и гр = а дает

Если преобразователь снабжен быстродействую­ щей защитой, основанной на блокировании импульсов управления, то выражение (62) определяет величину тока за весь период аварийного процесса. При приме­ нении быстродействующей защиты, основанной на переводе выпрямителя в инверторный режим, через

время, равное at = j - f a , — a = -g- + Да3, на­

ступит трехфазное короткое замыкание (а3 — угол, определяемый установкой защиты). Уравнения для токов имеют вид

57

Как показали исследования, увеличение теплового

эквивалента при а 3 = -у составляет не более 10%.

Практически в тиристорных преобразователях плав­

кая вставка успевает расплавиться за время, равное

2Я

со/ < -д- + Да3. Поэтому тепловой эквивалент опре­

деляем для случая применения быстродействующей защиты, основанной на блокировании импульсов управления, что позволяет значительно упростить расчеты.

Величина теплового эквивалента аварийного тока, воздействующего на предохранитель,

Учитывая формулы (62) и (66), после преобразо­ ваний получаем

-f cos (со/ -f 6)] — 8 sin 6 sin фк (ctg фк sin 6 -j- cos 6) -f-

58

Как видно из выражения (67), при аналитическом методе расчета получаются довольно громоздкие фор­ мулы, которые значительно усложняются при инте­ грировании выражений (63) — (65). При изменении параметров R Kи хк расчеты становятся трудоемкими.

Рис. 20. Блок-схема программы расчета величин i* = ==/(/) и = <p (f) при внутреннем коротком замыкании в выпрямителе.

В работе 119] предложен графоаналитический метод, позволяющий упростить расчет.

Для сокращения времени расчета и упрощения ана­ лиза схемы при внутреннем коротком замыкании в выпрямителе при изменении параметров RK и хк в широких пределах была составлена программа рас­ чета теплового эквивалента аварийного тока. Блоксхема программы (рис. 20) составлена для ЭВМ «Минск-22» в автокоде. Определенный интеграл (66) вычислялся по стандартной программе методом Симп­

сона. Начальный шаг интегрирования Н =

59